基于Monte Carlo模拟的全身骨扫描SPECT专用准直器设计

单光子发射断层成像(single photon emission computed tomography, SPECT)是放射性核素骨显像的重要成像手段之一。为进一步优化临床上应用于骨显像的SPECT系统的探测灵敏度，降低骨扫描时间，提高骨扫描效率，该文在临床双探头SPECT系统的基础上，设计了高探测灵敏度的骨显像专用准直器。通过设计一系列不同的准直器参数，进行Monte Carlo仿真模拟，对不同准直器的探测灵敏度和图像分辨率进行评估，以验证准直器的几何参数与性能的关系，选出一套准直器的设计方案，并用热圆柱模型实验验证了该准直器的成像效果。结果表明：该准直器在保证图像质量的同时，能显著降低骨扫描的采集时间。     

在SPECT上取得人体透射图像的方法

为使人体对γ射线的衰减造成核医学影像的失真和定量误差得到校正 ,在用于发射成像的单光子发射断层扫描机 (SPECT)上安装偏置的线源和平行缝准直器 ,可以获得倾斜的扇形束透射投影。这项构想在三探头 SPECT系统上进行了实验 ,取得了清晰的透射投影。使用 3种方法重建出衰减系数分布图 ,证明倾斜扇形束投影作 36 0°扫描能解决数据截断的问题 ,为这种特殊的投影几何结构推导的公式能够准确地重建出断层图像     

基于非标准扫描轨道HRT的小动物SPECT活体成像方法

在分子影像学中,正电子发射断层成像(PET)和单光子发射断层成像(SPECT)因其功能成像特性及高检测灵敏性倍受瞩目。为了在PET固定探测器上,利用槽缝(slitslat)式准直器的嵌入实现SPECT的动物活体成像,实现小动物PET/SPECT双功能成像系统,研究了一类结合混合旋转-平移(hybrid rotation-translation,HRT)的非标准扫描轨道。通过定义采样完整度和采样均匀度指标,评价了不同平移和旋转运动组合的10种非标准扫描轨道在物体不同位置的表现,并进行了10种HRT轨道的Monte Carlo模拟成像实验,理论分析和Monte Carlo模拟结果都表明该方案在相同采集时间下可获得不差于传统圆轨道的成像质量。     

SPECT投影模型与准直器模糊效应校正

SPECT(s ing le photon em iss ion com pu ted tom ogr-aphy)断层图像重建算法的重要因素之一是投影模型的选取。讨论了二维重建常用的δ模型、线模型和带模型,并研究了三维准直器空间响应特性的建模方法以校正准直器模糊效应。基于Jaszczak和Shepp-Logan两组标准图像研究了不同投影模型对断层重建结果的影响,对重建图像分辨率、归一化均方误差、对比度-噪声比和重建时间等指标进行了比较。结果表明在二维重建算法中采用带模型可以达到最佳的重建效果。采用三维准直器模型可以有效校正准直器模糊效应并进一步提高图像质量,但重建时间有所增加。     

基于GATE程序的MicroSPECT成像系统并行化Monte Carlo模拟

MicroSPECT(micro single photon emission computed tomography)是专用于小动物成像的分子核医学设备。为了准确研究复杂放射源分布条件下光子在MicroSPECT成像系统中的输运过程,使用GATE程序模拟了基于H8500位置灵敏光电倍增管和针孔准直器的MicroSPECT系统,并在清华高性能计算集群上实现了GATE程序的并行化模拟。通过并行计算有效地提高了模拟速度,分别获得了点源、线源、Derenzo模型、Moby模型的投影数据及用于迭代断层图像重建的系统点扩展函数(point spread function,PSF)数据。     

碘-131 SPECT平片成像伪影校正算法

碘-131单光子发射计算机断层扫描(single photon emission computed tomography, SPECT)平片成像已广泛应用于甲状腺癌的临床诊断和治疗评估中。由于碘-131发射的Gamma光子能量较高，穿透SPECT准直器隔壁的概率较大，易导致最终图像上出现放射状伪影。为解决该问题，该文提出了一种点扩展函数解卷积结合先验正则化的方法，并基于Monte Carlo模拟和临床数据对该方法进行了验证。模拟数据表明该算法具有很好的单调收敛性。当采用127×127的点扩展函数(像素大小2.2 mm×2.2mm),设置正则化参数为0.01时，模拟数据、临床点源数据和人体数据的放射状伪影区域计数值可分别降低至原始值的4%、 35%和28%,同时还可以维持背景区域较低的噪声水平。研究结果表明：该文算法可以有效解决碘-131 SPECT平片成像中的放射状伪影问题，从而提高临床诊断精度。     

基于Monte Carlo模拟设计MicroSPECT针孔准直器

为使小动物成像专用的MicroSPECT(micro single photon emission computed tomography)达到预期的分辨率和灵敏度指标,基于Monte Carlo方法对针孔准直器和成像系统参数进行设计并确定了两套设计方案。方案A保证灵敏度不低于9.19×10-6s-1.Bq-1,且视野中心位置的分辨率不差于1.0 mm;方案B在保证分辨率好于1.2 mm的前提下,可达到5.86×10-5s-1.Bq-1的灵敏度。进一步采用Monte Carlo方法估计了γ光子的准直器孔壁穿透效应和Compton散射效应对投影数据的影响。结果表明:穿透效应在方案A和B中对投影数据的贡献分别为28.6%和40.4%,而散射光子的贡献分别为12.4%和12.9%。     

单光子发射断层成像的奇异值分解重建算法

为了抑制单光子发射断层成像(SPECT)中噪声的影响,提高重建图像的质量和定量精度,应用奇异值分解(SVD)方法进行图像重建。对人体胸腔模型进行Monte-Carlo模拟计算,生成三维SPECT系统传输矩阵和模拟投影图像,求解系统传输矩阵的广义逆矩阵。在有噪声情况下,存在最佳保留奇异值数目,使重建图像质量达到最优。最佳保留奇异值数目的不同体现了噪声的差异。与常规重建方法进行比较,SVD重建算法具有更好的噪声抑制和重建图像质量,是一种值得关注的SPECT图像重建算法。     

单光子发射断层成像散射解析模型的快速算法

为校正单光子发射断层成像(SPECT)中Compton散射的影响,对投影过程进行了解析建模计算。对相机参数进行预计算形成查找表,结合初始放射源活度和散射媒质分布计算得到投影中的原发光子和一次散射光子分布。用数论方法计算查找表中的高维数值积分,使计算速度提高。分别用解析建模方法和Monte-Carlo程序对均匀模型和胸腔模型进行投影计算,比较其相对误差、归一化方差和计算时间。结果表明:解析建模方法的精度与Monte-Carlo方法相当,而计算速度快8倍,可以满足临床需求。     

关于矩阵的表示及其在熵中应用

研究了矩阵酉相似概率分布表示的特性及矩阵熵凹性的应用。通过对分块矩阵、投影矩阵及矩阵熵的凹性进行研究,获得了任意方阵的酉相似概率分布的特性、任意密度矩阵关于一组完备正交投影矩阵变换的酉相似概率分布表示及矩阵熵的若干不等式。     

Development of fully 3D image reconstruction techniques for pinhole SPECT imaging

The purpose of this study was to develop fully 3D image reconstruction techniques for pinhole SPECT imaging with our Micro-SPECT system.Our studies involve in the derivation of projection operators,analysis of the sampling characteristics of pinhole SPECT imaging in Radon space,development of effective geometric calibration method for system misalignment,and 3D image reconstruction development and implementation with quantitative degrading compensation for pinhole SPECT with both circular and helical scan.The performances of pinhole SPECT imaging were evaluated using computer simulations and experiments with the Ultra-Micro Hot-Spot phantom,Ultra-Micro Defrise phantom and small-animal imaging.The results from the computer simulations and phantom imaging experiments indicate that the statistically-based iterative algorithms with quantitative compensation provide overall image quality improvement,and the system resolution is significantly recovered for quantitative imaging.The helical pinhole SPECT improves the axial field-of-view (FOV) as compared with the standard pinhole SPECT with circular-orbit scan.The mouse bone imaging experiment shows that the helical pinhole SPECT imaging also provides decent high-resolution whole-body small animal imaging.In conclusion,we have successfully developed a set of valid fully 3D image reconstruction techniques for single-pinhole SPECT imaging.These techniques can be easily extended to multi-pinhole SPECT imaging.     

互信息量用于采样成像系统的评价

把信息论应用于采样成像系统中 ,用互信息量评价图像捕捉部分的性能 ,做出基于信息论的系统评价仿真曲线 ,将互信息量作为优化系统设计的一种新指标     

实时SAR成像处理器系统结构评估

为了全面评估合成孔径雷达(syn thes is apertureradar,SAR)实时成像处理器的性能,该文将现有的SAR成像处理器的结构分为串行结构、并行结构和混合结构,提出加速比,吞吐量,有效利用率等有效的系统结构指标及其计算方法,并结合成像质量指标,用于系统性能的全面评估。对采用Ch irp Sca ling算法的某星载SAR并行结构和串行结构实时成像处理器的指标分析表明:在相同的成像质量指标下,并行结构的系统性能指标明显优于串行结构。基于该文提出的成像质量指标和系统结构指标相结合的评估体系,可以全面评估和优化SAR成像处理器的设计。     

战争仿真与信息时代的挑战

信息化战争研究需要新型的战争模拟手段。从战争系统复杂性出发,针对信息化战争的变化,介绍了战争仿真的基本定义,研究了信息化战争模拟建模中的相关问题,讨论了战争复杂系统建模与仿真的主要技术途径,并对信息化战争仿真带来的挑战进行了讨论。     

OrCAD PSpice A/D在数字电路仿真中的应用

电路仿真作为分析评价现有电子系统运行状态或优化设计电路性能与功能的一种技术手段,在电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)领域中有着广泛的应用.主要介绍了当今国际上非常优秀的模拟/数字仿真软件OrCADPSpice A/D的特点,以及在数字电路仿真中的应用.     

面曝光快速成形系统的光学成像系统设计

为了得到曝光量均匀的工作面,满足面曝光快速成形技术的需要,提出1种对投影仪成像光路的改造方法.选择反远距光路,2次成像的光学成像系统设计方案,使用非定制镜片,设计用于面曝光快速成形系统的光学成像系统,该系统由2个组元和1个光阑构成.使用ZEMAX软件对像差进行分析,系统最大慧差值为0.08mm,最大像面畸变为1.1%,像面中心分辨率达0.05mm.该成像光学系统的设计,为低成本面曝光快速成形系统的构建提供了基础.     

系统科学方法论——一种现代新工具论

本文从科学方法论的历史考察,以及现代科学发展的特点和要求的分析中,得出必须建立现代科学方法论的结论。作者认为,应从系统论、信息论、控制论中提炼出系统科学方法论,从而作为一种现代新工具论。本文最后介绍了系统科学方法论的内容、性质和特征。     

网络化制造信息系统的自组织

文中根据自组织理论和方法研究了网络化制造信息系统实现自组织的条件以及自组织实现的过程.为了研究网络化制造信息系统的宏观相对稳定性与微观单元互作用之间的关系,并揭示其自组织的本质,建立了伺服约束函数模型,说明了宏观序参量对单元自作用和互作用的伺服作用.以某企业模具生产线的信息系统为例,将仿真结果与实际系统的运行情况进行比较,验证了文中所建模型的有效性.在制造企业进行信息化建设时,文中构建的模型可用来对未来建造的信息系统进行分析、规划、优化和设计,能够大大提高信息系统实施的速度和质量.     

测量误差理论的信息论诠释

基于信息理论和测量误差有关理论，分析了随机变量信息熵与方差的关系，认为信息熵可以作为测量结果精度的测度；误差传播定律是高斯信源、信道下信息传播的特例．